2012級
《訊號與控制綜合實驗》課程
實驗報告
(基本實驗三:檢測技術基本實驗)
姓名學號專業班號
同組者學號專業班號
指導教師肖霞
日期 2023年5月16日
實驗成績
評閱人實驗評分表
目錄實驗二十二差動變壓器的標定 4
實驗二十四 pt100鉑熱電阻測溫實驗 14
心得與自我評價 20
參考文獻 21
實驗二十二差動變壓器的標定
一、實驗目的
理解相敏檢波工作原理，掌握差動變壓器的效能檢測及零殘電壓補償的方法和原理，學習差動變壓測試系統的組成和標定方法。
二、實驗原理
差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈作為差動變壓器激勵用，相當於變壓器的原邊；次級線圈由兩個結構尺寸和引數相同的相同線圈反相串接而成，相當於變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上。
由於零殘電壓的存在會造成差動變壓器零點附近的不靈敏區，電壓經過放大器會使放大器末級趨向飽和，影響電路正常關係，因此必須採用適當的方法進行補償。
造成零點殘餘電壓的主要原因是：
1、一組兩個感測器不完全對稱，例如幾何尺寸不對稱、電氣引數不對稱及磁路引數不對稱；
2、供電電源中有高次諧波分量，而電橋只能對基波分量較好的平衡；
3、供電電源很好但磁路本身存在非線性，如導磁材料磁化曲線的非線性使b中產生三次諧波分量。
減少零點殘餘電壓的辦法有：
1、從設計和工藝製作上盡量保證線路和磁路的對程；
2、採用相敏檢波電路；
3、選用補償電路。
相敏檢波器工作原理：
圖22-1 相敏檢波器原理圖
相敏檢波電路如圖22.1所示，圖中1為輸入訊號端，2為交流參考電壓輸入端，3為輸出端。4為直流參考電壓輸入端。
5、6為整形電路將正弦訊號轉換成方波訊號，使相敏檢波器中的電子開關正常工作。當2、4端輸入控制電壓訊號時，通過差動放大器的作用使d和j處於開關狀態，從而把1端輸入的正弦訊號轉換成半波整流訊號。
三、實驗裝置
差動變壓器、音訊振盪器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、
電壓表、示波器、測微儀。
四、實驗步驟
1、了解相敏檢波器工作原理：
1）調節音訊振盪器輸出頻率為 5khz，輸出幅值 2v，將音訊振盪器 00 端接相敏檢波器的輸入端①，相敏檢波器的輸出端③與低通濾波器的輸入端連線，低通濾波器的輸出端接數字電壓表 20v。相敏檢波器的交流參考電壓輸入端②分別接 00、1800，使相敏檢波器的輸入訊號和交流參考電壓分別同相或反相，用示波器觀察相敏檢波器輸出端③的波形變化和電壓表電壓值變化。注意：
此時差動放大器的增益要比較小，稍有增益即可，示波器的「觸發」方式要選擇正確。可以看出，當相敏檢波器的輸入訊號和交流參考訊號同相時，輸出為正極性的全波整流訊號，電壓表只是正極性方向最大值，反之，則輸出負極性的全波整流波形，電壓表指示負極性的最大值。記錄下觀察到的各種情況波形及電壓值；
2）用示波器兩通道觀察相敏檢測器⑤⑥的波形並記錄下觀察到的波形。可以看出，相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉換成方波，使相敏檢波器中的電子開關能正常工作。
2、差動變壓器效能檢測：
圖22-2 差動變壓器效能檢測電路原理圖
1）按下圖接線，差動變壓器初級線圈必須從音訊振盪器 lv 端功率輸出；
2）音訊振盪器輸出頻率 5khz，輸出值 vp-p 值 2v；
3）用手提變壓器磁芯，觀察示波器第二通道的波形是否能過零翻轉，以判斷兩個次級線圈的聯接方式，如不能過零翻轉，則需改變兩個次級線圈的串接端，使兩個次級線圈反向串聯；
3、差動變壓器的標定：
圖22-3 差動變壓器的標定電路圖
1、按上圖接線，差動放大器增益適度，音訊振盪器lv端輸出5khz，值2v；
2、調節電橋 wd、wa 電位器，移相器，調節測微頭帶動銜鐵改變其**圈中的位置， 使系統輸出為零；
3、旋動測微頭使銜鐵**圈中上、下有乙個較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統輸出是否正負對稱。如不對稱則需反覆調節銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負輸出對稱。注意：
示波器ch1、ch2通道分別接入相敏檢波器1、2埠，用手將銜鐵位置壓到最低，調節電橋、移相器，當ch1、ch2所觀察到的波形正好同相或反相時，則系統輸出可做到正負對稱；
4、旋動測微儀，帶動銜鐵向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值並填入**。
五、實驗資料和分析
1、相敏檢波器：
1）交流參考輸入端②接0°時，波形為：
圖22-4 差動變壓器的標定電路圖
分析：0°時，相敏檢波器的輸入訊號和交流參考訊號同相，輸出為正極性的全波整流訊號，波形不規則的原因：不是從原點開始整波。
2）交流參考輸入端②接180°時，波形為：
圖22-5 差動變壓器的標定電路圖
分析：180°時，相敏檢波器的輸入訊號和交流參考訊號反相，輸出為負極性的全波整流訊號，波形不規則的原因：不是從原點開始整波。
3）⑤、⑥端的波形為：
圖22-6 差動變壓器的標定電路圖
分析：訊號經相敏檢波器中整形電路作用後，輸入的正弦波被轉換成方波（5端輸出）。又經二極體整流後變成負方波。
2、差動變壓器效能檢測：
1）實驗初沒有調節時，兩波形為同向：
圖22-7 幾乎重合的同向波形圖
2）剛好過零時波形：
圖22-8過零波形圖
3）過零翻轉後的反向波形：
圖22-9過零翻轉後的反向波形
注意：做過零翻轉的實驗時要注意差動變壓器鐵芯的初始位置，當無論如何位移輸出電壓不能過零翻轉時，不一定是由變壓器兩線圈同名端接反造成，可能是由鐵芯初始位置太高或太低造成，實驗前要注意調整。
3、差動變壓器的標定
1)ch1、ch2波形同相：
圖22-10 正好同向的波形圖
分析：這是下一步測量前的準備階段，令ch1、ch2波形正好同相時，系統輸出可做到正負對稱。
2）旋動測微儀，記錄電壓值：
初始電壓：vo=0.00v，初始位置：9.325mm
表22-1差動變壓器上下位移與輸出電壓記錄表
以位置為x軸，輸出電壓為y軸，得到直線：
圖22-11 差動變壓器位移與輸出電壓關係曲線
（1）採用端基直線法進行擬合：
擬合直線斜率:k=（6.56+6.47）/(14.325-4.325)=1.303
靈敏度k=1.303v/mm
端基直線方程y=1.303x-12.105；
（2）計算非線性度：
非線性最大偏差δl=1.476v
滿量程和輸出yfs=6.56+6.47=13.03v
非線性度yl=δl*100%/yfs=1.476*100%/13.03=11.33%；
分析：在誤差允許範圍內，該實驗結果與理論值基本一致，比較接近理想的線性關係。其偏差可能是由儀器本身的誤差和操作時上下位移調整不夠精確造成。
六、實驗思考題
1、為什麼在差動變壓器的標定中電路中要加移相器？作用是什麼？
答：零點殘餘電壓除了影響輸入電壓的大小，也會改變相位。而相敏檢波器在兩輸入端相位剛好相同或相反時，輸出為正極性或者負極性全波整流訊號，電壓表才能指示正極性或負極性最大值。
因此需要在差動變壓器的標定電路中加入移相器，保證輸入參考交流電壓與輸入電壓同相或反相，使系統輸出正負對稱。
2、差動變壓器標定的含義，為什麼要進行標定？
答：差動變壓器的標定主要是指確定其輸入—輸出關係以及靜態特性指標。
本實驗主要是為儀器表盤確定刻度，使差動變壓器銜鐵的位移與刻度盤標值一一對應，從而可以通過表盤讀出位移；另外也通過資料的處理獲得差動變壓器的靈敏度等靜態特性指標，以了解該儀器的測量效果等，用於指導測量的進行。
實驗二十四 pt100鉑熱電阻測溫實驗
一、任務和目標
通過自行設計熱電阻測溫實驗電路方案，加深對溫度感測器工作原理的理解。掌握測量溫度的電路設計和誤差分析方法。
二、總體方案設計（引用實驗教材p115）
1、鉑熱電阻工作原理
鉑熱電阻元件作為一種溫度感測器，其工作原理是在溫度作用下，鉑電阻絲的電阻值隨著溫度的變化而變化。溫度和電阻的關係接近於線性關係，偏差極小且隨著時間的增長，偏差可以忽略，具有可靠性好、熱響應時間短等優點，且電氣效能穩定。鉑熱電阻是一種精確、靈敏、穩定的溫度感測器。
鉑熱電阻元件是用微型陶瓷管、孔內裝繞製好的鉑熱電阻絲脫胎線圈製成感溫元件，由於感溫元件可以做得相當小，因此它可以製成各種微型溫度感測器探頭，可用於-200～+420℃範圍內的溫度測量。
2、pt100設計引數
pt100鉑熱電阻a級在0℃時的電阻值r0=（100±0.06）ω，b級在0℃時的電阻值r0=（100±0.12）ω，pt100鉑熱電阻各種溫度對應阻值見分度表3-1。
pt100r允許通過的最大測量電流為5ma，由此產生的溫公升不大於0.3℃。設計時pt100上通過電流不能大於5ma。
表24-1 pt100鉑電阻分度表
三、方案實現和具體設計
華中科技大學
附件5 學院 系 所 全英研究生課程簡介 中英文各乙份 課程名稱 材料力學行為的跨尺度模擬 課程型別 博士專修課程 碩士專修課程 考核方式 全英文考試教學方式 全英文講授適用專業 固體力學 材料學適用層次 碩士 博士開課學期 秋季總學時 32先修課程要求 無課程組教師姓名 職稱專業固體力學 年齡31...
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華中科技大學 高考必備
學校簡介 華中科技大學是教育部直屬全國重點大學，是首批列入國家 211工程 和 985工程 重點建設的綜合性大學之一，學校位於湖北省武漢市洪山區，其前身為成立於1953年的華中工學院及隨後的華中理工大學 2000年5月合併同濟醫科大學 原武漢城市建設學院，更為現名。華中科技大學專業設定涵蓋理 工 醫...